CN117231130A - 一种复杂特异性地层钻进用钻头及钻进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复杂特异性地层钻进用钻头及钻进方法，涉及钻探技术领域，包括用于连接流道体系的钻头体和设置在钻头体一端的冠部；在钻头体上开设有中心流道，冠部上开设有前端流道和后端流道，前端流道和后端流道均与中心流道连接；设置在中心流道内的可动部件，可动部件受作用力后在中心流道内处于第一位置或第二位置，当可动部件处于第一位置时，可动部件封闭后端流道，当可动部件处于第二位置时，可动部件封闭前端流道，本申请可以适应不同的施工环境，特别是在遇到特殊地层时，采用高压流体进行破碎，保证了破碎效果和破碎效率；同时，本申请可以兼容不同压力的流体，既能保证常规的掘进、破碎，又能兼顾特殊地层的破碎要求。
Description
技术领域
本发明涉及钻探技术，特别涉及一种复杂特异性地层钻进用钻头及钻进方法。
背景技术
钻探地层复杂多变，在钻遇含硬岩、孤石、金属支护构件等特殊地层时,普通钻头与钻进方式效率低、进尺难，难以对空间特异性坚硬结构件进行有效破碎，影响钻头使用寿命，尤其在钻孔直径较大的全面钻进过程中，钻遇复杂地层几率大，钻头转速低，非均匀受力显著。出于对钻头保护以及提高钻进速度的目的，在遇到复杂地层时，通常更换专用钻头进行钻进，容易造成延误钻进工期，而且需要额外准备专用钻头。
因此，需要研发一种可以兼容普通均质地层与特殊复杂地层钻进作业的钻头结构和钻进方法。
发明内容
本发明提供了一种复杂特异性地层钻进用钻头及钻进方法，其目的是为了解决现有钻头应对环境单一，在遇到特殊地层时钻头转速低，破碎效果差的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种复杂特异性地层钻进用钻头，包括：
用于连接流道体系的钻头体和设置在钻头体一端的冠部；
在所述钻头体上开设有中心流道，所述冠部上开设有前端流道和后端流道，所述前端流道和后端流道均与所述中心流道连接，所述后端流道设置有高压喷嘴；
设置在中心流道内的可动部件，所述可动部件受作用力后在中心流道内处于第一位置或第二位置，当所述可动部件处于第一位置时，所述可动部件封闭所述后端流道，当所述可动部件处于第二位置时，所述可动部件封闭所述前端流道。
优选地，所述中心流道包括位于钻头体的第一中心流道和部分嵌入冠部的第二中心流道，所述第二中心流道为阶梯状，第二中心流道靠近钻头体一侧的直径大于远离钻头体一侧的直径，所述第二中心流道与所述前端流道和后端流道连通；
所述可动部件沿轴线开设有贯通通道，所述可动部件的外轮廓与所述第二中心流道的轮廓结构相配适，所述可动部件的小径段套设有弹性件，所述弹性件另一端抵接在第二中心流道的台肩上；
所述作用力为可动部件受弹性件的弹力与流道体系内流体压力的合力。
优选地，所述中心流道上还设置有限位件，所述限位件与所述中心流道固定连接，所述限位件上设置有通孔，所述限位件用于限制所述可动部件在中心流道上的位置，所述可动部件与所述限位件抵接时，所述可动部件位于第一位置。
优选地，所述可动部件朝向所述钻头体的一端形成有锥台状的凹陷，所述凹陷与所述贯通通道连通。
优选地，所述钻头体和冠部为一体成型。
优选地，所述冠部设置有若干切削刃。
优选地，所述切削刃上镶嵌有金刚石复合片。
本申请还提供了一种钻进方法，用于复杂特异性地层钻进用钻头，包括：
S1.将钻头体的中心流道与流道系统连通；
S2.根据不同的施工环境，调整流道系统内的流体压力，进行钻进。
优选地，所述流道系统为复杂特异性地层钻进用钻头提供高压流体或低压流体。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
在本申请中，在冠部同时设置有前端流道和后端流道，通过提供不同压力的流体控制可动部件的位置，从而打开前端流道或者后端流道，本申请可以适应不同的施工环境，特别是在遇到特殊地层时，采用高压流体进行破碎，保证了破碎效果和破碎效率；同时，本申请可以兼容不同压力的流体，既能保证常规的掘进、破碎，又能兼顾特殊地层的破碎要求。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是可动部件处于第一位置的剖视图；
图2是可动部件处于第二位置的剖视图。
【附图标记说明】
1-钻头体、11-中心流道、2-冠部、21-前端流道、22-后端流道、3-可动部件、4-弹性件、5-限位件、6-切削刃。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-2所示，本发明的实施例提供了一种复杂特异性地层钻进用钻头，包括钻头体1和冠部2，其中钻头体1的第一端用于连接流道体系，第二端用于与冠部2连接。在钻头体1上开设有中心流道11，冠部2上开设有前端流道21和后端流道22，前端流道21和后端流道22均与中心流道11连通。前端流道21和后端流道22至少设置有一条。
在中心流道11内设置有可动部件3，可动部件3在中心流道11内滑动，根据其所受的作用力决定停止的位置。在本申请中，可动部件3可以停在第一位置或者第二位置处，当可动部件3停在第一位置处，可动部件3封闭后端流道22，此时仅有前端流道21与中心流道11保持连通，此时流体从前端流道21喷出；当可动部件3停在第二位置处，可动部件3封闭前端流道21，此时仅有后端流道22与中心流道11保持连通，此时流体从后端流道22喷出。
在本实施例中，利用不同压力的流体改变可动部件3的受力，从而调整可动部件3的位置，使得流体从不同的位置喷出，对不同的地层环境进行钻进。
在本申请的一些实施例中，前端流道21和后端流道22均为直线型流道，两者以冠部2的轴线为中心，环设在冠部2上，且前端流道21、后端流道22与冠部2的轴线构成夹角，前端流道21与中心流道11内流体流动方向的夹角不同于后端流道22与中心流道11内流体流动方向的夹角，即若干的前端流道21、后端流道22内的流体以放射状喷出。
在本申请的一些实施例中，前端流道21、后端流道22与冠部2的轴线构成的夹角相同，且前端流道21、后端流道22的末端均位于冠部2远离钻头体1的一端。
在前述的实施例中，后端流道22设置有高压喷嘴。
在本申请的一些实施例中，中心流道11包括第一中心流道和第二中心流道，其中第一中心流道设置与钻头体1的轴线上并贯通钻头体1，第二中心流道部分嵌入冠部2，并且第一中心流道和第二中心流道连通。在本实施例中，第二中心流道为阶梯状。具体的，第二中心流道分为小径段和大径段，小径段和大径段连接处形成有台肩，大径段靠近钻头体1的一侧，并与第一中心流道连通，前述的前端流道21与小径段连通，后端流道22与大径段连通。
前述的可动部件3为活塞，活塞在轴线方向设置有贯通通道，活塞的外轮廓与第二中心流道的结构相配适，即活塞的外轮廓分为大径段和小径段，活塞的小径段与第二中心流道的小径段直径相同以确保活塞的小径段插入中心流道11的小径段时，能将前端流道21封闭。当然的，活塞与第二中心流道之间可以采用现有的密封方式进行密封。
在活塞的小径段上套设有弹性件4，弹性件4的另一端抵接于台肩上。
当流道体系内的流体为低压流体时，可动部件3受到低压流体和弹性件4的共同作用，此时可动部件3位于第一位置，封闭后端流道22，流体从前端流道21流出，实现冲洗循环。当使用者判断钻进前端遇到金属支护等复杂障碍时，将流道体系内的流体调整为高压流体，此时高压流体的压力大于弹性件4的弹力，推动可动部件3移动至第二位置，封闭前端流道21，此时流体从后端流道22流出，经过高压喷嘴增压后，对复杂障碍进行切割。
本申请解决了普通钻头在地层钻进中遇到复杂障碍难以高效钻进的问题，利用不同流体的压力切换，实现控制可动部件3的位置，无需更换钻头即可实现不同地层环境的钻井，兼容常规的钻进方式，在普通均质地层中也具有较高的钻进效率。
在本申请的一些实施例中，中心流道11上还设置有限位件5，限位件5固定在中心流道11上，限位件5上设置有供流体通过的通孔，限位件5用于限制可动部件3在中心流道11上的位置，可动部件3与限位件5抵接时，活塞处于第一位置。
限位件5的使用可以有效的避免弹性件4弹力过大，将可动部件3顶出第二中心流道外而造成的前端流道21、后端流道22无法切换。
进一步的，活塞朝向钻头体1的一端形成有锥台状的凹陷，该凹陷与贯通通道连通。一方面凹陷与贯通通道连通能够确保流体流经活塞，另一方面，锥台状的凹陷能够起到一定的增压效果。
在本申请的一些实施例中，钻头体1与冠部2一体成型。当然的，钻头体1与冠部2也可以分开制作，采用焊接、螺接等方式实现连接。
在本申请的一些实施例中，冠部2设置有若干切削刀刃，在切削刀刃上还镶嵌有金刚石复合片。金刚石复合片可根据钻进的地层进行对应性更换。
本申请还提供了一种用于复杂特异性地层钻进用钻头的钻进方法，包括如下步骤：
S1.将钻头安装在钻进设备上，并且将钻头体1的中心流道11与流体系统进行连通；
S2.根据不同的施工环境，调整流道系统内流体压力，进行钻进。
流体系统为钻头提供高压流体或低压流体。优选的，低压流体为低压状态下的常规流体，如钻井液；高压流体内含有磨料。
在本步骤中，操作人员根据观察钻进设备的钻进速度、转速等相关参数，判定是否遇到特异性地层。当转进速度、转速明显降低时，认定为遇到特异性地层，此时增大流体压力或者将低压流体更换为含有磨料的高压流体，使后端流道22打开，利用高压流体的喷射对复杂障碍进行高压切割，粉碎复杂障碍。当粉碎复杂障碍后，维持当前高压切割或者更换为低压流体，继续钻进。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于，包括：
用于连接流道体系的钻头体(1)和设置在钻头体(1)一端的冠部(2)；
在所述钻头体(1)上开设有中心流道(11)，所述冠部(2)上开设有前端流道(21)和后端流道(22)，所述前端流道(21)和后端流道(22)均与所述中心流道(11)连接，所述后端流道(22)设置有高压喷嘴；
设置在中心流道(11)内的可动部件(3)，所述可动部件(3)受作用力后在中心流道(11)内处于第一位置或第二位置，当所述可动部件(3)处于第一位置时，所述可动部件(3)封闭所述后端流道(22)，当所述可动部件(3)处于第二位置时，所述可动部件(3)封闭所述前端流道(21)。
2.根据权利要求1所述的复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于：所述中心流道(11)包括位于钻头体(1)的第一中心流道和部分嵌入冠部(2)的第二中心流道，所述第二中心流道为阶梯状，第二中心流道靠近钻头体(1)一侧的直径大于远离钻头体(1)一侧的直径，所述第二中心流道与所述前端流道(21)和后端流道(22)连通；
所述可动部件(3)沿轴线开设有贯通通道，所述可动部件(3)的外轮廓与所述第二中心流道的轮廓结构相配适，所述可动部件(3)的小径段套设有弹性件(4)，所述弹性件(4)另一端抵接在第二中心流道的台肩上；
所述作用力为可动部件(3)受弹性件(4)的弹力与流道体系内流体压力的合力。
3.根据权利要求2所述的复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于：所述中心流道(11)上还设置有限位件(5)，所述限位件(5)与所述中心流道(11)固定连接，所述限位件(5)上设置有通孔，所述限位件(5)用于限制所述可动部件(3)在中心流道(11)上的位置，所述可动部件(3)与所述限位件(5)抵接时，所述可动部件(3)位于第一位置。
4.根据权利要求3所述的复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于：所述可动部件(3)朝向所述钻头体(1)的一端形成有锥台状的凹陷，所述凹陷与所述贯通通道连通。
5.根据权利要求1所述的复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于：所述钻头体(1)和冠部(2)为一体成型。
6.根据权利要求1所述的复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于：所述冠部(2)设置有若干切削刃(6)。
7.根据权利要求6所述的复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于：所述切削刃(6)上镶嵌有金刚石复合片。
8.一种钻进方法，采用权利要求1-7任一项所述的复杂特异性地层钻进用钻头，其特征在于：
S1.将钻头体(1)的中心流道(11)与流道系统连通；
S2.根据不同的施工环境，调整流道系统内的流体压力，进行钻进。
9.根据权利要求8所述的钻进方法，其特征在于：所述流道系统为复杂特异性地层钻进用钻头提供高压流体或低压流体。
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